藝術(shù)和設(shè)計中的物理元素

梁鐸強　劉芳遠

摘要：本文總結(jié)了古今中外藝術(shù)和設(shè)計經(jīng)典常見的物理元素，方便藝術(shù)和設(shè)計工作者在藝術(shù)設(shè)計中在物理元素采用中發(fā)揮靈感。

關(guān)鍵詞：藝術(shù);設(shè)計; 物理

1 引言

物理，就是數(shù)學(xué)語言的詮釋下，基于最基本的原理假設(shè)得到對自然現(xiàn)象的簡潔描述，在藝術(shù)和設(shè)計中也存在大量的物理問題[1]。藝術(shù)本身就是一種語言，通過符號化，從各種感覺角度（視覺、聽覺等）將想要表達的東西呈現(xiàn)出來。

凡是藝術(shù)的創(chuàng)造，凡是開創(chuàng)新一紀(jì)元的物理研究，都會探究到其真實而存在的本質(zhì)，從而使得物理與藝術(shù)之間碰撞出燦爛的火花，現(xiàn)物理學(xué)中物理美的豐富內(nèi)涵。本文總結(jié)了古今中外藝術(shù)和設(shè)計經(jīng)典常見的物理元素，包括對藝術(shù)生也是一個物理的科普。

2 理論物理

理論物理（Theoretical Physics）是從理論上探索自然界未知的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運動的基本規(guī)律的學(xué)科。 理論物理的研究領(lǐng)域涉及粒子物理與原子核物理、統(tǒng)計物理、凝聚態(tài)物理、宇宙學(xué)等，幾乎包括物理學(xué)所有分支的基本理論問題。 而藝術(shù)和設(shè)計中蘊含這些物理知識。

2.1 理論力學(xué)

物理學(xué)家們通過柯爾莫戈洛夫的湍流模型計算出自然界湍流的速度，并研究了梵高油畫與湍流之間的關(guān)系，以確定梵高畫作中到底有多少“寫實”的因素。最后，他們發(fā)現(xiàn)梵高在“精神錯亂”時期前后完成的油畫作品，非常密切地反映了現(xiàn)實自然中的湍流。

正是動車的流線型身體減少了壓差阻力，從而使動車能高速前進。目前，人們從兩個角度嘗試解釋了流線型物體為什么減阻，第一個角度從伯努利方程（更基礎(chǔ)的是納維斯托克斯方程）來理解，第二個則是從邊界層的角度來理解[2]，邊界層理論由德國流體力學(xué)學(xué)家普朗特提出的。

.2熱力學(xué)和統(tǒng)計物理

石膏板不僅具有調(diào)節(jié)溫濕度，還具有輕質(zhì)高強、防火、防水防潮、防霉變、吸音降噪、保溫隔熱、透氣性好等性能。

顏料不一樣，畫法當(dāng)然不一樣，所用媒介劑在性質(zhì)上是完全不同的。

油畫顏料的成分是顏料粉和油，調(diào)和劑也是油，稀釋劑是松節(jié)油，可添加樹脂或乳液類媒介劑。

丙烯顏料的成分是色粉和丙烯調(diào)和劑，丙烯調(diào)和劑是水溶性的速干的高分子化合物，從顏料性質(zhì)上來看比較接近乳液顏料，制造它的初衷也是模擬乳液，所以在西方丙烯畫納入坦培拉這個畫種，和油畫是兩碼事。調(diào)和劑是水或丙烯調(diào)和劑，不能用油、松節(jié)油、樹脂媒介等。

當(dāng)然，現(xiàn)代油畫有時也不會僅限于油性媒介材質(zhì)，會與坦培拉技法混用，并混用酪素等乳液性質(zhì)材料，但一般的油畫還是指單純的油媒介繪畫，技法跟乳液畫有較大區(qū)別[3]。

從物理學(xué)上來理解的話，實際上就是聲波在經(jīng)過了軟質(zhì)吸聲材料的反射后，部分的聲能轉(zhuǎn)化成了熱能。因此，第一次反射聲經(jīng)過了部分吸聲處理后，不僅在聽感上改善了許多，不會有模糊感，同時影響了接下去的前幾次能夠被人耳所感知的反射聲，即早期反射聲（Early Reflections）。不過，從另一方面來看，由于“吸聲”處理吸收了第一次反射聲的部分聲能，所以，會使室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的聲音音質(zhì)略微偏“干”。

那么，如果要打造一個聲場較活躍的室內(nèi)空間的話，有沒有別的方法來控制第一次反射聲呢？大家不必擔(dān)心，也有解決方法。有時候，我們在一些主要的反射點適當(dāng)?shù)厥褂靡恍┍砻嬗袃A斜角度的“擴散”材料來與吸聲的“軟質(zhì)材料”相配合。目的是通過表面有傾斜角度的擴散體來改變第一次反射聲的反射路徑，將第一次反射聲反射到室內(nèi)空間的后墻部分，而不直接作用于人耳所在的聽音區(qū)域。這樣處理的話，既不會損失過多的反射聲聲能，又不會直接影響到聽感，因此，能夠達到活躍室內(nèi)聲場的效果。大多數(shù)的立體聲“聽音室”會采用這樣的第一次反射聲處理方法。

上海世博會中國館，這個大大的帽子，除了表現(xiàn)中國古建筑的精髓“斗拱”外，另外的目的就是真的給建筑戴個帽子，從各方位減少了太陽的直射光，使得內(nèi)部溫度被動降低。大概用到的物理知識就是太陽各季度的在特定緯度上高度角，直線投影等。

2.3 電動力學(xué)

電動力學(xué)的基礎(chǔ)是麥克斯韋方程組、電荷守恒定律和洛倫茲力公式，是麥克斯韋繼承法拉第的高瞻遠矚將場的概念和數(shù)學(xué)不斷深化，是對電磁相互作用極為深刻的理解。電動力學(xué)將電磁學(xué)的內(nèi)容統(tǒng)一后，可以推出所有我們在初高中的電磁學(xué)知識，并提出了場也是一種物質(zhì)的存在形式，這樣的概念一直大大地影響著物理學(xué)，直至今天。電動力學(xué)中可以將光學(xué)中許多知識從更為深刻的概念上推出，比如折射反射定律，光的偏振，甚至干涉衍射，還有布儒斯特定律，半波損失等等。通過麥克斯韋方程組可推出波導(dǎo)、諧振腔、超導(dǎo)唯象理論等一系列實用技術(shù)理論要點。十分驚人還推倒出了光速，并且進一步說明了光速是方程中是作為常數(shù)項出現(xiàn)的。位移電流項，是推出甚至是猜出的，位移電流項和電流項合起來，電場的變化可以看出已經(jīng)有空間電場變化加上時間電場變化的意思了。藝術(shù)和設(shè)計中大量涉及該方面的元素。下面我們舉一些例子進行論證。

平面斑馬線設(shè)計效果之視覺3D減速帶，斑馬線立體感十足易辨識！

霓虹燈是明亮發(fā)光的，充有稀薄氖氣或其它稀有氣體的通電玻璃管或燈泡，是一種冷陰極氣體放電燈。霓虹燈管是一個兩端有電極的密封玻璃管，其中填充了一些低氣壓的氣體。幾千伏的電壓施加在電極上，電離管中的氣體使其發(fā)出光[4]。光的顏色取決于管中的氣體。霓虹燈是氖燈（neon light）的音譯，氖氣這種稀有氣體會發(fā)出一種流行的橙紅色光，但使用其他氣體會產(chǎn)生其他顏色[5]，例如氫（紅色）、氦（粉紅色）、二氧化碳（白色）、汞蒸氣（藍色）等。

3 結(jié)論

通過上面的討論，我們得出以下結(jié)論。

1）物理和藝術(shù)是需要融合的。文理不分科就是好的例子。藝術(shù)和設(shè)計中的物理元素集中在理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理、電動力學(xué)。

2）可以預(yù)計以后大量的物理元素會融入到藝術(shù)和設(shè)計中去。文科生可以通過選修的方法多學(xué)物理。

參考文獻

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[5]趙華.理論簡單性原則沉思[].理論探索.2005年第5期

（2019年度廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教科研項目《以技能比賽為導(dǎo)向的建筑室內(nèi)設(shè)計專業(yè)課程體系建設(shè)研究》

項目合同編號：桂工業(yè)院科研2019015KY015）

（2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目《虛擬現(xiàn)實技術(shù)在廣西少數(shù)民族室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用研究》

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